《土木工程概论》课件-第3讲-土木工程材料.ppt

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1、土木工程概论,第3讲 土木工程材料1 土木工程材料的分类及性质2 土木工程材料简述3 土木工程结构材料,土木工程概论,【教学要求】了解土木工程材料的分类及应用概况,了解大宗地方材料的性能及应用,了解结构材料的特性,了解材料工业的发展及展望。【教学重点】各类土木工程材料的分类;地方大宗材料的性能及应用;四类结构材料的特性。【教学难点】四类结构材料的特性。,第3讲 土木工程材料,土木工程概论,任何土木工程建(构)筑物(包括道路、桥梁、港口、码头、矿井、隧道等)都是用材料按一定的要求打造成的,土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料。它将直接影响建(构)筑物的性能、功能、寿命和经济成本,从而影响

2、人类生活空间的安全性、方便性、舒适性。,前言,共52页 第1页,土木工程概论,前言,土木工程的发展与材料的数量、质量之间存在着相互依赖和相互矛盾的关系。长期以来人类一直从事着土木工程材料的各类研究工作,并不断开发新的材料。几乎世界上的各种材料都可用作土木工程材料。材料在土木工程中的三大作用:保证工程质量;影响工程造价;促进工程技术进步。,共52页 第2页,土木工程概论,1 土木工程材料的分类及性质,1.1,材料分类,按材料组成分类:非 无机材料金属,材料金属材料,有机材料黑色金属有色金属,砂、石、砖、瓦、水泥、石灰、混凝土、砂浆、无机纤维、玻璃,木材、沥青、油漆、有机纤维、塑料生铁、铸铁、碳素

3、钢、合金钢铝、铅、铜、锌、锡等及其合金,第3讲 土木工程材料,共52页 第3页,土木工程概论,土木工程材料,承重材料,围护材料装饰材料胶结材料,1.2 按材料的作用分类:承受各种作用力,主要有:,钢材、混凝土、木材、石材、砖、砌块等,1 土木工程材料的分类及性质,保持空间和通道使用功能,主要有:砖、砌块、轻质混凝土、保温材料等创造优美和舒适环境,主要有:石材、玻璃、油漆、木材、墙地面饰面材料等水泥、石灰、石膏、沥青共52页 第4页,土木工程概论,1.3 按材料的用途分类,1 土木工程材料的分类及性质,建筑结构材料,桥梁结构材料,路面结构材料,水工结构材料,建筑墙体材料,建筑防水材料,建筑装饰材

4、料,建筑保温材料,结构材料,功能材料,共52页 第5页,土木工程概论,材料性质,物理性质,1.4 土木工程材料的性质密度、含水率、吸水,性、透水性、导热性、耐火性、收缩膨胀等,力学性质耐久性,强度、变形、弹性、塑性、韧性等抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、耐热性、耐磨性、耐光性、耐溶蚀性等,1 土木工程材料的分类及性质,共52页 第6页,土木工程概论,第3讲 土木工程材料,2 土木工程材料简述2.1 砖:砌筑材料砖是一种常用的砌筑材料,历史攸久,有“秦砖汉瓦”之称。制砖的原料容易取得,生产工艺比较简单,价格低、体积小便于组合,粘土砖还有防火、隔热、隔声、吸潮等优点。至今仍广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑

5、工程中。按生产工艺分:烧结砖 和非烧结砖;按所用原材料分:粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖 和灰砂砖 等;按有无孔洞分:空心砖、多孔砖 和实心砖。,共52页 第7页,土木工程概论,2.1 砖,传统粘土砖毁田取土量大、能耗高、砖自重大,施工生产中劳动强度高、工效低,国家已明令禁止在建筑物中使用粘土实心砖。烧结空心砖,粘土烧结实心砖,烧结多孔砖,共52页 第8页,土木工程概论,煤矸石页岩烧结砖,利用粉煤灰、煤矸石、页岩和工业废渣制砖,是三废利用、变废为宝的有效途径。,2.1 砖,炉渣砖粉煤灰蒸压砖蒸压灰砂砖共52页 第9页,土木工程概论,近年来国内外都在研制非烧结砖。加入少量水泥或石灰作

6、固结剂及微量外加剂和适量水,混合、搅拌、压制成型,自然养护或蒸养一定时间即成。墙体材料改革的方向是:煤矸石页岩烧结砖、粉煤灰砖、炉渣砖、灰砂砖、混凝土空心砌块、加气混凝土砌块 等。,石膏空心砌块,混凝土,空心砌块,2.1 砖,加气混凝土砌块共52页 第10页,土木工程概论,2.2 瓦:屋面材料传统的中国瓦,一般指小青瓦和机制平瓦。以粘土为主要原料,经泥料处理、成型、干燥和焙烧而制成。粘土瓦的生产工艺与粘土砖相似,但对粘土的质量要求较高,粘土瓦只能应用于较大坡度的屋面。由于材质脆、自重大、片小,施工效率低等缺点,在现代建筑屋面材料中的比例已逐渐下降。,2 土木工程材料简述,机制平瓦,小青瓦共52

7、页 第11页,土木工程概论,目前,瓦的种类较多,有水泥瓦、石棉水泥瓦、钢丝网水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦等;按形状分有平瓦和波形瓦两类。,水泥瓦,石棉水泥瓦玻璃钢瓦,2.2 瓦,共52页 第12页,土木工程概论,毛石(片石),料石饰面石材色石渣石子,2.3 石,凡采自天然岩石,经过加工或未经加工的石材,统称为天然石材。,天然石材具有很高的,抗压强度,良好的耐磨性和耐久性,经加工后表面美观富于装饰性,资源分布广蕴藏量丰富,便于就地取材,生产成本低等优点,是古今土木工程中修,建城垣、桥梁、房屋、道路及水利工程的主要材料。是现代土木工程的主要装饰材料之一。,2 土木工程材料简述,共52页 第

8、13页,土木工程概论,毛石挡土墙,羌族的,乱毛石建筑,2.3 石,2.3.1 毛石:也称片石,是采石场由爆破直接获得的形状不规整的石块。毛石又分为乱毛石和平毛石。平毛石是形状虽不规则,但有两个平面大致平行的石块,可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等;乱毛石是形状不规则、只可用作毛石混凝土的骨料或路基填筑的石块。,共52页 第14页,土木工程概论,2.3.2 料石:由人工或机械开采出、较规则的六面体石块,再略经凿琢而成。按表面加工的平整程度分为毛料石、粗料石、半细料石和细料石四种。料石一般由致密均匀的砂岩、石灰岩、花岗岩加工而成。料石建筑,2.3 石,汉白玉桥梁粗料石桥梁粗料石堆场共52页 第15页,

9、土木工程概论,用于建筑物内外墙面、柱面、地面、栏杆、台阶等处装修用的石材称为饰面石材。饰面石材从岩石种类分主要有大理石和花岗岩两大类。五彩缤纷的大理石、花岗岩,饰面石材:,2.3 石,共52页 第16页,土木工程概论,板岩,剁斧石,火烧石,机刨石,2.3 石,共52页 第17页,土木工程概论,蘑菇石板材蘑菇石装饰墙面效果,2.3 石,共52页 第18页,土木工程概论,文化石,2.3 石,网粘石共52页 第19页,土木工程概论,不同颜色的色石渣,镜面水磨石地面,2.3.4 色石渣:色石渣也称色石子,是由天然大理石、白云石、方解石或花岗岩等石材经破碎筛选加工而成,作为骨料主要用于人造大理石、水磨石

10、、水刷石、干粘石、斩假石等建筑物面层的装饰工程。,2.3 石,共52页 第20页,土木工程概论,2.3 石,2.3.5 石子:粒径大于 5mm 的岩石颗粒,分碎石和卵石。在混凝土组成材料中,石子为粗骨料,也常用作路桥工程、铁路工程的路基道碴等。湖北清江水布娅电站砂石加工系统碎石卵石,共52页 第21页,土木工程概论,天然砂:由自然条件作用(主要是岩石风化)而形成,粒径在5mm以下的岩石颗粒。2.4 砂人工砂:由岩石轧碎而成,由于成本高、片状及粉状物多,一般不用。天然砂可分为河砂、海砂和山砂。山砂含泥量较高、质量较差,海砂含盐成较多,对混凝土、砂浆质量有影响,河较为洁净,应用较为广泛。,2.3

11、石,共52页 第22页,-,土木工程概论,砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料之一,是土木工程的大宗材料。根据粗细程度不同又有粗砂、中砂、细砂之分。土木工程常用的是中、粗砂。,2.3 石,人工砂石骨料系统,砂石筛分,共52页 第23页,土木工程概论,2 土木工程材料简述,2.5 石灰包括石灰和石膏,属无机胶凝材料。土木工程中用胶凝材料将散粒材料(砂、石子)或块状材料(砖、石块)粘结为一个整体。,石灰是在土木工程中使用较早的矿物胶凝材料之一。石灰石的主要成分是碳酸钙,将石灰石煅烧,碳酸钙将分解成为生石灰。,袋装生石灰粉块灰(团灰),共52页 第24页,土木工程概论,2.5 石灰,块灰(又称团灰),

12、须在工地设置洗灰池,经水淋、过滤、沉淀后得到熟化后的石灰膏,俗称“洗灰”。工地常用的是袋装生石灰粉。洗灰池,土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏,建筑石膏的应用很广,除用于室内抹面、粉刷外,更主要的用途是制成各种石膏制品。,石膏制品罗马柱,石膏制品角线,共52页 第25页,土木工程概论,2.6 水泥是粉状的水硬性胶凝材料,即加水拌合成塑性浆体,能在空气中和水中凝结硬化,可将其它材料胶结成整体,并形成坚硬石材的材料。水泥按其用途及性能分为三类:通用水泥、专用水泥、特性水泥。水泥按其主要水硬性物质名称分为:硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、磷酸盐水泥、以火山灰性或潜在水硬性材料

13、以及其他活性材料为主要组分的水泥。,2 土木工程材料简述,共52页 第26页,土木工程概论,2.6 水泥,土木工程中的常用水泥品种:硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。水泥生产工艺:干法工艺(全面推广)、回转窑工艺(限制工艺)、立窑工艺(质量不稳定、污染大,属淘汰工艺)。海螺水泥的干法生产线,共52页 第27页,土木工程概论,2.7 沥青、沥青制品与防水材料 沥青、沥青制品:应用于道路工程、防水材料(房屋建筑)、防腐材料。,2 土木工程材料简述,沥青砼路面摊铺,沥青拌合站管道防腐共52页 第28页,土木工程概论,防水材料:主要有沥青

14、类、高聚合物改性沥青类、橡胶类、合成高分子类的防水卷材、涂料等。防水材料及施工,2.7 沥青、沥青制品及防水材料,共52页 第29页,土木工程概论,2.8 玻璃具有采光和防护功能,是良好的吸声、隔热及装饰材料。又分为平板玻璃、装饰玻璃、安全玻璃、新型建筑玻璃、玻璃砖、玻璃纤维。,防砸、防侵害的特种玻璃,央视新址全面安装,玻璃幕墙,2 土木工程材料简述,共52页 第30页,土木工程概论,巴黎卢浮宫玻璃金字塔,2.8 玻璃,共52页 第31页,土木工程概论,2.9 陶瓷制品由适当成分的粘土经成型及烧结而成的较密实材料,主要品种有:陶瓷锦砖、陶瓷墙地砖、陶瓷釉面砖、卫生陶瓷。瓷砖世界高级地砖地面陶瓷

15、锦砖(马赛克),2 土木工程材料简述,共52页 第32页,土木工程概论,3,土木工程结构材料,主要有钢材、砼、砌体、木材四大类。3.1 钢材钢材具有良好的加工性能,可铸造、锻压、焊接、铆,接和切割,便于装配。土木工程钢材可划分为钢结构用材,和钢筋混凝土用材 两大类。,3.1.1 钢结构用钢材A碳素结构钢一般结构钢及工程用热轧板、管、带、型、棒材。,第3讲 土木工程材料,共52页 第33页,土木工程概论,B低合金结构钢普通低合金结构钢一般是在普通碳素钢的基础上,少量添加若干合金元素而成,在诸如大跨度桥梁、大型柱网构架、电视塔、大型厅馆中成为主体结构材料。,3.1 钢材,工字钢,槽钢,钢管,角钢共

16、52页 第34页,土木工程概论,日本咖啡屋,(落地钢管拱),3.1 钢材,H型钢,C型钢,Z型钢,共52页 第35页,土木工程概论,梁柱连接节点,柱子与基础,连接节点,3.1 钢材,屋面梁安装,共52页 第36页,土木工程概论,鸟巢钢结构吊装,鸟巢钢结构外形初现,评价:材质均匀、强度高、塑性好、便于加工安装;缺点是耐火性差,易于锈蚀,维护费用较高。,3.1 钢材,共52页 第37页,土木工程概论,3.1.2 钢筋:钢筋是指可浇筑在混凝土内做成各种钢筋混凝土构件的线材,钢筋是土木工程中使用最多的钢材品种之一。常用钢筋分为钢筋、钢丝和钢绞线三类:用于钢筋混凝土构件的是热轧钢筋,俗称级(光面钢筋)、

17、级(螺纹钢筋)钢筋。,3.1 钢材,共52页 第38页,土木工程概论,用于预应力混凝土构件中的是钢绞线和预应力钢丝。17钢绞线刻痕钢丝螺旋肋钢丝,3.1 钢材,共52页 第39页,土木工程概论,钢筋工程剪影之一筒仓基础钢筋近景筒仓基础钢筋俯瞰,3.1 钢材,共52页 第40页,土木工程概论,钢筋工程剪影之二地坑钢筋像抽象派的工艺画整齐划一的筏板钢筋,3.1 钢材,共52页 第41页,土木工程概论,钢筋工程剪影之三-箱梁桥钢筋绑扎,3.1 钢材,共52页 第42页,土木工程概论,3.2 混凝土(砼)砼的定义:由胶结料(水泥)、骨料(砂、石)、水和外加剂按一定比例配制,经搅拌振捣成型,在一定条件下

18、养护而形成的一种人造石。砼的分类按材料分:水泥砼、沥青砼、聚合物砼;按密度分:重砼、普通砼、轻砼;按功能分:结构砼、道路砼、水工砼、耐热砼等;按施工工艺分:泵送砼、喷射砼等。,3.2 混凝土,共52页 第43页,土木工程概论,砼强度:结构用砼的强度等级一般为C20C40,预应力砼一般不低于C40,C50以上称为高强砼,目前C60C80高强砼已大量应用于结构之中。由于砼的抗拉强度很低,砼结构多是由砼和钢筋粘结组成钢筋砼结构。外加剂:在砼拌和物中掺入不超过水泥重量的5%、能使砼按要求改变性质的物质称为砼外加剂。如:减水剂、引气剂、早强剂、缓凝剂、速凝剂、抗冻剂等。,3.2 混凝土,共52页 第44

19、页,土木工程概论,砼自动搅拌站砼运输车,砼输送泵,砼搅拌机,砼振动棒,砼结构的评价优点:具有耐久性、耐火性、整体性,可塑性好、节约钢材,可就地取材。缺点:自重大、抗裂性差、现场浇筑受季节性气候条件的限制、补强修复较困难。,3.2 混凝土,共52页 第45页,土木工程概论,砼运输浇筑施工集锦,砼泵车进行箱梁浇筑,桥墩,砼浇筑,3.2 混凝土,共52页 第46页,土木工程概论,3.3 砌体 概念:由石材、粘土、砼、工业废料等材料做成的块材和水泥、石灰膏等胶凝材料与砂、水混合做成的砂浆,叠合粘结而成的复合材料。类型:石砌体、实(空)心砖砌体、中小砼砌块砌体、硅酸盐砌块砌体等。,3 土木工程结构材料,

20、共52页 第47页,土木工程概论,评价易于就地取材、价格低、施工简便、隔热保温及耐火性、耐久性好,但强度低、自重一般较大,且粘土砖与农田争地,应限制使用。加气砼砌块墙体,砼空心砌块墙体,3.3 砌体,共52页 第48页,土木工程概论,3 土木工程结构材料,3.4 木材 类型:圆材、方材、条材、板材等。木材属于各向异性材料,要注意顺纹和横纹方向的强度差异很大。应用特点:结构自重小、制作容易,架设简便,工期快,造价便宜;但易燃、易腐朽,结构变形较大等。,共52页 第49页,土木工程概论,木结构房屋,大跨度木结构屋盖,3.4 木材,共52页 第50页,土木工程概论,大跨,3.4 木材,共52页 第5

21、1页,土木工程概论,木结构别墅,3.4 木材,共52页 第52页,土木工程概论,思 考 题1、简述土木工程中材料的重要性。2、试述材料在土木工程中的作用。3、为什么说钢材、砼、木材、砌体是土木工程中4种最重要和最大宗的材料?4、试对上述4种材料在使用范围、物理性质、力学性质、耐久性、经济价值、优缺点等方面作分析比较。5、试列数你在校所使用的教室、寝室、道路、操场所用的土木材料。,第3讲 土木工程材料,土木工程概论,参考书目1、柳俊哲主编.土木工程材料.科学出版社.2006.2、焦宝祥主编.土木工程材料.高等教育出版社.2009.3、宋少民,孙凌.土木工程材料.武汉理工大学出版社.2006.4、苏达根等.土木工程材料百问.中国建筑工业出版社.2008.5、田文玉.道路建筑材料.人民交通出版社.2006.6、汪澜.水泥混凝土组成 性能 应用.中国建材工业出版社.2005.7、王立久,曹明莉.建筑材料新技术.中国建材工业出版社.2007.8、张仁瑜.建筑材料新进展及工程应用.中国建材工业出版社.2008.,第3讲 土木工程材料,

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